交叉隧道的自身空间形式、受力机理相对复杂,不同地层的物理力学参数及支护结构对交叉隧道的影响较大。隧道建成通车后,列车的激励荷载将进一步影响交叉隧道的稳定。为此,本文针对重载列车大轴重、长持时激励荷载下的交叉隧道动力响应特性展开研究,采用模型试验、数值模拟及理论分析的方法,重点分析了隧道衬砌的加速度振动时程曲线及上下隧道间围岩夹层的动土压力变化规律。主要研究内容如下:(1)基于相似理论制备交叉隧道围岩及衬砌模型,同时现场采集重载列车加速度振动时程数据,并以单点激振的形式施加于上部隧道衬砌底板处。围岩浇筑及衬砌结构拼接过程中,在上部隧道仰拱与围岩接触面、隧道间围岩夹层内等间距布置土压力盒,加速度计的布置方位为上部隧道底板、下部隧道拱顶及下部隧道底板处。同时,进一步设计对照试验,将实测列车加速度时程数据运用FFT算法得到相应的频谱曲线,提取振动主频及幅值,以施加简化的列车振动正弦波。(2)根据交叉隧道模型试验尺寸要求,采用有限差分法建立相应的三维数值仿真模型,并在上部隧道内施加多点列车振动荷载。同时,针对衬砌结构加速度值和围岩动土压力值,对试验监测结果和数值模拟计算结果进行对比分析,以验证数值模拟的分析方法在交叉隧道动力响应特性研究中的可行性。(3)针对交叉隧道围岩级别、夹层厚度、列车轴重及通车方式四个主要因素,探讨不同工况下衬砌结构加速度和围岩夹层动土压力的变化规律。鉴于现阶段交叉隧道尚未建成通车,故无法采集下部隧道高速列车加速度时程数据,为此数值模拟中施加了一系列由正弦函数组成的高速列车激励荷载。(4)基于弹塑性力学分析方法,结合Mohr-Coulomb屈服条件,对交叉隧道塑性叠加区展开研究。分别绘制初始地应力、支护抗力、粘聚力及摩擦角条件下的塑性区半径变化曲线,并分析各因素对塑性区半径的影响敏感性。